（模式识别与智能系统专业论文）14二氯萘、26二氯萘的微生物降解实验研究.pdf

l ，4 二氯萘，2 ，6 二氯萘微生物降解实验研究 摘要 本文在综述国内外文献的基础上，首次以摇瓶实验的形式对l ，4 二氯萘和2 ， 6 一二氯萘的微生物降解进行了系统的研究。实验以垃圾渗滤液处理池的活性污泥 为菌源，筛选出了一株细菌h y ，1 6 sr r n a 同源性分析该菌为假单胞菌属 ( p s e u d o m o n a ss p ) 。在2 5 、1 8 0 r m i n 、p h = 7 、o d 6 0 0 = 0 2 5 、初始浓度1 0 m g l 、 2 0 、5 0 m g l 条件下，1 0 、2 0 m g l 浓度的1 ，4 二氯萘在2 天和5 天内可完全降解，但 初始浓度为5 0 m g ll ，4 二氯萘的生物降解在8 0 h 后几乎停滞，降解率只有4 0 ； 且实验过程中光密度均逐渐下降，细菌无生长现象。而投加萘( 5 0 m g l ) 时，5 0 m g l 的1 ，4 二氯萘可在3 0 0 h 完全降解，但是在降解的两i f 8 h 存在萘的竞争抑制作用。进 行了以肉汤培养基富集菌液对1 ，4 二氯萘的降解对比实验，确定1 ，4 二氯萘不支 持微生物生长，h y 菌对1 ，4 二氯萘的降解属共代谢范畴，h y 菌对1 ，4 二氯萘的 降解是以萘的诱导为前提的。h y 菌不能共代谢2 ，6 二氯萘，静息细胞实验也证实 了该菌不能产生降解2 ，6 二氯萘的酶系。结合l ，4 二氯萘、1 氯萘、2 氯萘的生 物降解的实验结果分析，认为位于不同苯环上的氯取代不利于微生物降解。对不 存在初级基质条件下， 1 ，4 二氯萘的降解实验数据进行了动力学研究， 10 、 2 0 m g l 的生物降解符合一级反应动力学，一级反应速率常数分别为o 0 6 2 6 、 o 0 2 6 5 一，半衰期分别为15 9 7 h 、3 7 7 4 h ，5 0 m g l 的生物降解介于零级反应和一级 反应之间：采用不存在初级基质条件下的三种共代谢模型对l ，4 二氯萘的微生物 降解进行非线性拟合，结果显示模型3 对三种浓度下l ，4 二氯萘的生物降解拟合较 好，其对应的表观生物量转化浓度砰分别为0 1 9 3 2 、0 。2 8 6 9 、0 2 7 8 9 。利用气相色 谱质谱联用仪( g c m s ) 对1 ，4 二氯萘降解的中间产物进行了定性分析，检测到 了二氯代水杨酸、环氧化氯萘、二氯代水杨醛，二氯代萘酚，硅烷衍生化样品的 g c m s 分析显示，产物中可能还还存在二羟基二氯代萘，并据此推测l ，4 - 二氯萘 生物降解的途径为5 ，6 位或7 ，8 位加单氧后羟基化，苯环开裂后再生成氯代水杨 酸。 关键词：1 ，4 一二氯萘；2 。6 一二氯萘；微生物降解；假单胞菌属；共代谢动力学； 降解途径 硕十学位论文 a b s t r a c t o nt h eb a s i so fs u m m a r i z i n gt h er e l a t e dr e f e r e n c e sh o m ea n da b r o a d as e r i e so f s h a k ef l a s k e x p e r i m e n t s h a db e e nc o n d u c t e dt o s t u d yt h eb i o d e g r a d a t i o n o f l ，4 - d i c h l o r o n a p h t h a l e n e ( 1 ，4 - d c n ) a n d 2 , 6 d i c h l o r o n a p h t h a l e n e ( 2 6 d c n ) w e i s o l a t e das t r a i nn a m e dh yf r o mt h ea c t i v e ds l u d g ea t al a n df i l ll e a c h a t et r e a t m e n t p l a n t ，t h es t r a i nh a db e e ni d e n t i f i e da sp s e u d o m o n a s s p b yt h ea n a l y s i so f16 sr r n a u n d e rt h ec o n d i t i o no f2 5 、1 8 0 r m i n 、p h = 7 、o d 6 0 0 = 0 2 5 、i n i t i a lc o n c e n t r a t i o n10 、 2 0 、5 0 m g l ，t h es t r a i nw e r ea b l et ob i o d e g r a d e d10 m g l1 , 4 d c ni n4 8 ha n d2 0 m g l1 ，4 - d c ni n12 0 h ，b u tt h e b i o d e g r a d a t i o nw h i c hi n t i a lc o n c e n t r a t i o nw a s 5 0 m g la l m o s tc e a s e da f t e r8 0 h ，a n d d e g r a d a t i o nr a t e w a so n l y4 0 ：i nt h e s e e x p e r i m e n t sp h o t o d e n s i t yo d 6 0 0a l ld e c r e a s e dg r a d u a l l y ，b u tw h e nn a p h t h a l e n ee x i s t e d ， 5 0 m g l 1 ，4 d c nc o u l db e t o t a l l yd e g r a d e d i n 3 0 0 h h o w e v e rt h e r ew a sa a c c l i m a t i z a t i o n p h a s e o f8 hb e c a u s eo f c o m p e t i t i o ni n h i b i t i o n e f i f e c tf r o m n a p h t h a l e n e b yc o m p a r i n gw i t hd e g r a d a t i o ne x p e r i m e n tb ys t r a i nw h i c hg r o w no n b r o t hm e d i u m ，w ec o n c l u d e dt h a t h ys t r a i ns h o u l dc o m e t a b o l i z e1 ，4 d c n a n d b i o d e g r a d a t i o nt a k et h en a p h t h a l e n ei n d u c t i o na st h ep r e m i s e t h eh ys t r a i nc o u l d n o t c o m e t a b o l i z e d2 , 6 - d c n ，a n d t h r o u g hr e s t i n gc e l le x p e r i m e n t ，w ed e t e r m i n e d h ys t r a i nc o u l dn o tp r o d u c ee n z y m a t i cs y s t e mw h i c hc o u l d d e g r a d e2 , 6 d c n u n i f i e d t h ec o n c l u s i o no f1 一c h l o r o n a p h t h a l e n e ( 1 c n ) ，2 一c h l o r o n a p h t h a l e n e ( 2 c n ) 1 , 4 d c n b i o d e g r a d a t i o ne x p e r i m e n t s ，w ec o n c l u d e dt h a tc h l o r i n es u b s t i t u t i o nl o c a t e do nt w o b e n z e n er i n g sd o e sn o tf a v o rt h em i c r o b i a ld e g r a d a t i o n w ea l s od i dt h er e s e a r c ho n t h ek i n e t i c s m o d e lo f 1 ，4 一d c nd e g r a d a t i o nw h e nt h e r ei sn o t p r i m a r v s u b s t a n c e ，b i o d e g r a d a t i o nw h i c h1 ，4 一d c nc o n c e n t r a t i o nw a s10 、2 0m g lc o u l db e e x p r e s s e db yf i r s t g r a d ee q u a t i o n ，f i r s tr e a c t i o nr a t ec o n s t a n tw a s0 0 6 2 6 、0 0 2 6 5 h 。i t h eh a l fl i f eo f1 ，4 - d c nw a s15 9 7 h 、3 7 7 4 h ，r e s p e c t i v e l y b i o d e g r a d a t i o nw h i c h l ，4 - d c nc o n c e n t r a t i o nw a s 5 0 m g la c c o r d e dt oe q u a t i o nb e t w e e nf i r s t - g r a d e e q u a t i o na n df i r s t g r a d e w h e ni n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f i ，4 d c nw a s10 、2 0 、 5 0 m g l ，t h er e s u l t so fn o n l i n ec u r v ef i t t i n g i n d i c a t e d10 、2 0 、5 0m g l1 4 d c n b i o d e g r a d a t i o nc o u l db ee x p r e s s e db ym o d e l3 ，i t sc o r r e s p o n d i n ga p p a r e n tb i o m a s s t r a n s f o r m a t i o n d e n s i t y i s 0 19 3 2 、o 2 8 6 9 、 0 2 7 8 9 ，r e s p e c t i v e l y w ea n a l y z e d q u a l i t a t i v e l y b i o d e g r a d a t i o n i n t e r m e d i a t e s b yu s i n g g c m s 。a n df o u n d d i c h l o r o s a l i c y l i ca c i d 、e p o x y d i c h l o r o n a p h t h a l e n e 、d i c h l o r o s a l i c y l a l 、d i c h l o r o n a p h t h 0 1 1 1 1 1 ，4 - 二氯萘，2 ，6 二氯萘微生物降解实验研究 t h er u s u l t o fs i l a n i z a t i o n s a m p l ea n a l y z e db y g c - m sw a st h e r ew e r e d i h y d r o x y d i c h l o r o n a p h t h a l e np o s s i b l y , a tl a s tw ed e d u c e dt h ep o s s i b l ed e g r a d a t i o n r o u t eo f1 , 4 一d c n ：6 ，7o r7 ，8m o n o o x y g e no x i d a t i o nr e a c t i o n f i r s r l y ，a n d t h e n h y d r o x y l a t i o n ，a tl a s tb e n z e n er i n gc r a c k sa n db r i n g sd i c h l o r o s a l i c y l i ca c i d k e yw o r d s ：1 ，4 - d c n ；2 , 6 - d c n ；b i o d e g r a d a t i o n ；p s e u d o m o n a ss p ；c o m e t a b o l i s m k i n e t i c s ；d e g r a d a t i o nr o u t e i v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：涉飞 日期：郦年7 月目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密卧 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 舅、心、蓊 日期：朋年7 月z 日 导师签名：香0 靠主一 日期：加弼年7 月2 e l 硕十学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 多氯萘( p o l y e h l o r i n a t e dn a p h t h a l e n e s ，p c n s ) 是一类含有一个萘环的芳香族化 合物，每个萘环上包含l 一8 个氯原子，理论上可以形成7 5 种同系物，其物理化学 性质参数见表1 1 ，其结构和其它聚氯双坏碳氢化合物如p c d d s ( p o l y c h l o r i n a t e d d i b e n z o p - d i o x i n ) 、p c d f s ( p o l y c h l o r i n a t e dd i b e n z o f u r a n ) 、p c b s ( p o l y c h l o “n a t e d b i p h e n y l s ) 相似，p c n s 结构式如图1 1 。 图1 1p c n s 结构式 p c n s 具有憎水性、高化学稳定性、热稳定性、好的耐久性、电绝缘性、低可 燃性以及和其它材料的相容性，和p c b s 的物理化学性质十分相似，部分p c n s 同系 物的物理化学参数如表1 1 【2 】所示。因此p c n s 有许多与p c b s 相似的工业用途，如用 做引擎油添加剂、木材防腐剂、电缆绝缘、热交换液、润滑剂( 如石磨电极) 、阻 燃剂等等，但最主要的还是用作木材防腐剂和电线电缆的绝缘材料 2 1 。 此外，大多数p c n s 同系物都具有半挥发性，进入环境中的p c n s 可以散逸到空 气中，随大气长距离迁移，而广泛存在于世界范围内的环境介质中。并且p c n s 具 有亲脂性，化学性质稳定，可随着食物链生物富集和放大，目前已在很多生物体包 括人体内检测到了p c n s 的存在。p c n s 具有和2 ，3 ，7 ，8 一四氯二苯并一对二嗯英 ( t c d d ) 相似的毒性，即似h ；l 哚毒性，在一些空气、底泥、生物样品中p c n s 的毒 性当量( t e q s ) 甚至超过了p c b si 3 】，如底特律河中的鱼体内p c n s 对总t e q 的贡献 等于或大于p c b s 4 1 。越来越多的研究证实p c n s 是一类威胁着人类健康的全球范围 内的环境污染物。 1 2 多氯萘的环境污染与危害 1 2 。1 环境中多氯萘的来源 环境中p c n s 的主要来源有三个：工业生产的p c n s ；有氯存在的热过程和其 它过程( 如氯碱工业) 中产生的p c n s ；除此以外，p c n s 也是p c b s 合成过程中的 太 、 且 汀= 夕 1 , 4 二氯萘，2 ，6 二氯萘微生物降解实验研究 副产物。最近关于p c n s 的“d en o v o ”合成机制( 即直接由飞灰中的微粒有机碳和 无机氯合成p c n s ) 矛i 市政垃圾焚烧厂释放p c n s 的报道说明垃圾焚烧厂也是环境 中p c n s 的来源之一5 1 。 工业合成的p c n s 总产量约为p c b s 产量的十分之一，若依次推算，至1 9 9 7 年p c n s 的工业总产量约为15 0 0 0 0 公吨，但由于安全的处置和部分p c n s 残留在 工业装置中，实际进入环境中的p c n s 必然少于这个值。在生产p c b s 过程中产 生的p c n s 在a r o c l o r 和c l o p h e n 系列中约为p c b s 总量的0 0 8 7 ，若依此推算， 至19 9 7 年p c n s 产量约为1o o 公吨，但由于工艺安全性的提高和工业p c b s 和p c b s 废弃物的回收利用，实际进入环境中p c n s 低于估测值。根据以往的资料，其它 热过程和有氯存在的过程中产生的p c n s 约为l 一1 0 公吨。可见，工业生产p c n s 是环境中p c n s 的主要来源【lj 。此外，基于p c n s 过去的工业用途类别，垃圾填 埋厂也是环境中p c n s 的一个潜在的不可忽视的来源【4 】。 表1 1p c n s 的物理化学参数f 2 1 1 1 1 1 竺皇! ：竺皇! ：鲨：兰篓薹塞兰竺= monocn 1 -2 6 02 。32 1 x 1 0 。2 8 7 03 63 9 2 - 2 5 95 9 51 1 1 0 9 2 4 3 9 8 ：4 1 9 d i c n 1 ，2 2 9 5 2 9 83 7 1 3 7442 1 3 2 9 16 1 5 6 2 1 ，4 2 8 77 1 7 21 7 x 1 0 一 3 1 4 ；3 0 94 6 6 ；4 8 8 1 ，5 一 一 1 0 7 3 9 6467 1 6 一 4 8 5 4 9 1 ，7 一 6 3 5 2 3 5-456 1 ，8 一 8 9 8 9 5 5 9 0 ；3 0 94 1 9 ；4 4 1 2 ，3 一 1 2 0 862；85 - 4 5 1 ：4 7 l 2 ，6 -2 8 513 7 13 8 一 2 ，7 一 1l5 11 6 2 4 04 8 l t r i c n 1 ，2 ，3 84 1 ，2 ，4 - 一 9 2 。 7 2 7 1 ，2 ，5 - 7 9 一- 】，2 ，6 一 9 2 5 - 1 ，2 ，7 - 8 8 - 一 1 ，2 ，8 一 8 3 - 一 1 ，3 ，5 10 3 - 7 3 2 1 ，3 ，6 一81 1 ，3 ，7 - 2 7 4 *1l3 6 4 4 ；6 5 - 5 3 5 ：5 5 9 l ，3 ，8 - 8 5 1 3 x1 0 4 奉 一一 1 ，4 ，5 一 13 3 - 7 5 6 1 ，4 ，6 一 6 8 7 2 7 1 ，6 ，7 10 9 一一 2 ，3 ，6 - 9 1 1 6 7 - 5 12 t e t r a c n 1 ，2 ，3 ，4 1 9 842 5 7 5 ；5 5 0 1 ，2 ，3 ，5 一 1 4 1 3 7 5 7 7 1 ，2 ，3 。6 一 ， 1 ，2 ，3 ，7 - 一115一 一 2 硕十学位论文 1 ，2 ，3 ，8 - 1 ，2 ，4 ，5 - 1 ，2 ，4 ，6 1 ，2 ，4 ，7 - 1 ，2 ，4 ，8 - 1 ，2 ，5 ，6 1 ，2 ，5 ，7 1 ，2 ，5 ，8 1 ，2 ，6 ，7 - 1 ，2 ，6 ，8 - 1 ，2 ，7 ，8 - 1 ，3 ，5 ，7 1 ，3 ，5 ，8 1 ，3 , 6 ，7 1 ，3 ，6 ，8 - 1 ，4 ，5 ，8 - 1 ，4 ，6 ，7 2 ，3 ，6 ，7 - p e n t a c n 1 ，2 ，3 ，4 ，5 1 ，2 ，3 ，4 ，6 - 1 ，2 ，3 ，5 ，6 - 1 ，2 ，3 ，5 ，7 - 1 ，2 ，3 ，5 ，8 - 1 ，2 ，3 ，6 ，7 - 1 ，2 ，3 ，6 ，8 1 ，2 ，3 ，7 ，8 - 1 ，2 ，4 ，5 ，6 一 l ，2 ，4 ，5 ，7 1 ，2 ，4 ，5 ，8 1 ，2 ，4 ，6 ，7 1 ，2 ，4 ，6 ，8 - 1 ，2 ，4 ，7 ，8 - h e x a c n 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，7 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，8 - 1 ，2 ，3 ，4 ，6 ，7 1 ，2 ，3 ，5 ，6 ，7 - i ，2 ，3 ，5 ，6 ，8 1 ，2 ，3 ，5 ，7 ，8 - 1 ，2 ，3 ，6 ，7 ，8 1 ，2 ，4 ，5 ，6 ，8 - 1 ，2 ，4 ，5 ，7 ，8 - h e p t a c n 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，7 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，8 - 0 c t a c n 31 3 3 3 l 幸 3 4 8 3 6 5 1 1l 1 4 4 1 6 4 l1 4 1 2 5 1 2 7 1 7 9 l3 1 l2 0 18 3 1 3 9 1 6 8 5 1 4 7 1 7 1 1 9 4 1 9 4 19 8 4 2 x1 0 - 6 , 3 x 1 0 - 8 , 9 5 x 1 0 - 7 3 7 x 1 0 - 7 幸 1 3 1 0 - 7 幸 4 0 ；4 3 8 2 ；8 3 8 1 7 3 8 8 0 1 l 幸 0 0 4 ，1 0 0 8 - - - - - - - - - - - _ - - - 1 1 9 - - - - - - - _ - - - - - - - - - - - _ - - - 8 5 8 8 0 8 8 0 8 8 4 1 8 0 8 8 4 6 1 9 ；3 3 8 5 7 6 ；5 9 6 8 4 5 5 8 1 ：8 1 3 6 8 7 * ：8 7 3 9 1 3 8 8 6 9 18 8 7 3 8 7 8 9 0 6 10 1 1 7 5 8 幸：9 8 l o 3 7 9 7 9 7 9 8 9 8 3 6 9 8 ；9 8 9 9 8 9 7 6 9 8 3 幸 6 4 2 ：8 4 幸估计值 1 2 2 多氯萘的环境污染现状 虽然p c n s 和p c b s 的使用和环境释放相似，但由于检测方法的限制，特别是 在使用电子捕获检测器气相色谱时p c n s 和p c b s 的互相干扰，使得p c n s 并未如 p c b s 得到很好的研究。1 9 7 5 年以前环境中的p c n s 报道很少，1 9 9 8 年以后才有关 于其环境污染、分析、来源、持久性、毒性和环境行为的报道。最近几十年，随 3 1 ，4 二氯萘，2 ，6 二氯萘微牛物降解实验研究 着分析方法灵敏度的提高、同系物检测技术的发展以及标准可利用性的增加，已 经在水生到陆生生态系统中几乎所有的环境介质里都检测到了p c n s i l ，2 j 。 1 2 2 1 非生物环境中的多氯萘 p c n s 是半挥发性污染物，一旦进入大气，以吸附态和气态两种方式存在，参 与气团运动，扩大污染范围。19 世纪9 0 年代在北美和欧洲背景空气中测得的p c n s 平均浓度为17 15 2 p g m 3 【6 ，7 ，8 1 。最近在威尼斯礁湖空气中检测至- u p c n s 浓度为0 2 3 4p g m 3 。【9 1 。背景空气气相中挥发性较高的三、四氯萘的浓度明显高于五八氯 萘，但颗粒物中从三八氯萘有逐步上升的趋势【1 , 1 0 】。而挪威北极和大湖空气中三、 四氯萘组成和h a l o w a x e l o l 4 ( 工业生产的p c n s 混合物，主要是四、五、六氯萘) 相似， 但l ，3 ，5 ，7 一c n ( n 0 4 2 ) 、l ，2 ，4 ，6 - c n ( n 0 4 2 ) 3 3 1 ，2 ，4 ，7 - c n ( n 0 3 4 ) 1 ，2 ，5 ， 7 一c n ( n 0 3 7 ) 相对较多，偏远区域这几种物质的富集可能和它们的高挥发性有关j ， 较多的l ，3 ，5 ，7 c n 也可能是因为其较不易发生光降解。同时，在大气中检测到了在 p c n s 和p c b s 工业产品中不存在而多在垃圾焚烧中产生的2 ，3 ，6 ，7 位氯代同系 物1 1 1 。 水体中的p c n s 主要吸附在悬浮颗粒中，沉积物是它们的主要环境归趋之一， 在沉积物中p c n s 的含量往往是水中含量的几百倍甚至上千倍。污染水体浓度多 在“g 1 1 级，主要是底泥吸附性不强、溶解度较高的二、三、四氯萘。而污染底泥 浓度多在m g k g 一级，背景底泥浓度约1 0 l a g k g 以( 如表1 2 ，1 3 ，1 4 ) 。低氯萘底 泥吸附趋势不强，而高氯萘的高吸附性和低挥发性使p c n s 的环境污染具有一定 的区域性，因此背景底泥中主要为较高氯代的四、五、六氯萘。在我国，仅杨永 亮等人对青岛近岸表层沉积物和贝类样品中p c n s 含量分布进行了研究，底泥中 总p c n s 浓度为0 2 1 2 l a g k g ，与欧洲底泥背景浓度相当，三氯萘为主要同系物， 并认为部分p c n s 来自垃圾焚烧、燃煤等高温过程，大气沉降则是青岛近海p c n s 污染的重要来源1 3 j 。 背景和污染土壤中p c n s 浓度分别为n g k g 一、p g k g d 级( 如表1 5 ，1 6 ) 。 可能足由于背景土壤中的p c n s 多来自大气沉降，因此其主要同系物也为三、四、 五氯萘，和背景空气相似。污染土壤的同系物分布则和污染源有关，如氯碱厂周 围土壤中通常六、七氯萘为主，而荷兰前市政垃圾处理土壤中p c n s 同系物分布 和h a l o w a x l 0 1 3 相似1 2j 。 1 2 2 2 生物环境内的多氯萘 不同区域、不同生物甚至是不同生物器官中p c n s 浓度水平和同系物的分布 均存在着很大的差异。南极和北极生物样品中p c n s 浓度范围为1 3 - - - 2 5 5 0 p g g 。1 【4 】；瑞士淡水生物体内p c n s 浓度为3 - - 6 2n g g 1 【2 7 】；而地中海区域海鸥肝脏中 p c n s 浓度则高达6 2 5ug g 。1 w w ；在人体脂肪组织、肝脏、血液、母奶样品中p c n s 4 硕十学位论文 多以p g g _ 存在，肝脏和脂肪组织中最高浓度分别达2 6 和1 7n g g 。1 【引。在瑞士西 海岸海豚肌肉、肾脏、脑中四氯萘分布最广，而在脂肪组织和肝脏中六氯萘分布 最广【4 j 。但总体而言，在各营养等级生物体内四六氯萘是主要同系物，脂溶性 较高的七、八氯萘却较少检出f l5 1 。这可能是由于高氯萘对底泥的吸附及其影响细 胞膜渗透性的空间效应降低了其生物利用性【1 6 】，而低氯代同系物又较易被生物体 代谢或排泄。目前为止还没有野生动物体内一三氯萘的报导【l 4 】。 表1 2 污染水体中p c n s 总浓度 ( 斗g l j ) 污染水体pcns总浓度 p c n s 生产厂附近水体1 2 j0 6 1 4 电容生产厂附近水样【2 1 p c n s p c d d s f s p c b s p b d e s ，表现出p c n s 具有 不可忽视的似吲哚活性【1 9 】。 1 3 多氯萘降解的研究现状 由于分析方法灵敏度、同系物检测技术、商品生产纯同分异构体的缺乏以及 环境中p c n s 检出的滞后，目前国内外对于p c n s 降解方法的研究很少，而且主 要集中在一氯萘的降解途径等机理探讨以及工业生p c n s 混合物h a l o w a x e s 的降 解上，这可能和纯一氯萘( 染料、木材防腐剂的原材料) 、h a l o w a x e s 较易购买有关。 总体而言，目前国内外特别是国内对这方面的研究是十分缺乏的。 1 3 1 多氯萘的化学降解 一 ( 1 ) 光降解 紫外光下，甲醇溶液中工业p c n s ( h a l o w a x e s ) 的光降解反应途径为脱氯和二 聚，邻位和对位氯萘大部分生成脱氯产物，不易受阻碍的p c n s 主要生成二聚物，并 且氯代程度越高，光降解越慢【2 0 1 。而r 光下，甲醇溶液中h a l o w a x e l 0 4 0 的光降解实验 显示，2 8 天后低氯萘增加，且1 ，8 位取代的同分异构体比1 ，3 ，5 ，7 1 ，4 , 6 ，7 取代的同系物 更易被降解，这或许可以解释有些环境中1 ，3 ，5 ，7 和1 ，4 ，6 ，7 取代的p c n s ( 除了七氯萘) 相对广泛的存在【2 1 1 。3 0 0 n m 紫外光、3pm l 一初始浓度条件下，已烷中的八氯萘 在9 h 后完全降解为低氯萘，4 h 后七氯萘达最大浓度，9 h 后六氯萘成为主要产物，主 要中间同系物为b 位脱氯产物，而主要的四、五氯萘为q 位脱氯产物 2 2 1 。但四 七氯萘具有强烈的似吲哚毒性，因而简单碳氢化合物中的光降解并不能降低p c n s 的毒性。但在叶绿素已烷中的光降解反应中，5 6 h 后p c n s 完全分解，9 h 后未检测到 氯代产物。在丙酮敏感原光降解反应中，p c n s 5 h 内也完全脱氯。这预示着单一的 氧气调节光降解可以有效的降低p c n s 的毒性。因而从环境修复的观点来看，添加丙 酮或相关的脂肪族甲醇是去除p c n s 毒性的有效方法【2 2 1 。 ( 2 ) 超声波降解 1 氯萘的超声波降解快速而有效，在5 0 0 k h z 、2 5 w 超声波、水温2 0 l 、初 7 l ，4 _ 二氯萘，2 ，6 二氯萘微生物降解实验研究 始浓度为4 0um l 。1 时，15 0 m i n 内1 氯萘几乎完全被矿化( 1 0 9 c is c o = - 2 2 5 ) ，并检 测到大量氯离子【2 3 1 。但对于其他蒸汽压较高的p c n s 的超生波降解尚未见研究。 ( 3 ) 铸铁还原脱氯降解 铸铁表面的还原脱氯反应的研究表明，初始浓度为1 2um l 1 的2 氯萘7 2 0 h 后 浓度降低为1 8um l 一，2 氯萘吸附于铸铁表面的碳元素，水相中的2 一氯萘则以缓慢 的速率通过与金属铁表面的交界进行还原脱氯，其主要的脱氯产物是萘【2 4 1 。 1 3 2 多氯萘的生物降解 ( 1 ) p c n s 的微生物降解 目前，p c n s 的微生物降解的研究仅限于一氯萘( 1 氯萘和2 氯萘) 的降解特性 及降解途径，高氯萘微生物降解的研究尚未开展。 1 9 5 5 年w a l k e r 和w i l t s h i i r e 研究发现土壤中分离的萘降解菌可共代谢1 氯萘生 成为l ，2 二羟基1 ，2 二氢8 氯萘和3 氯水杨酸，同时他们也发现该菌对1 溴萘的降 解过程中生成了3 溴代水杨酸【2 5 1 。1 9 8 1 年m o r r i s 和b a r n s l e y 又深入研究了一株假单 胞萘降解菌对1 氯萘和2 氯萘的代谢，其代谢途径可能和萘一样( 如图1 2 ) ，2 一 氯萘被细菌代谢生成了氯2 羟基6 氧合六二烯酸，但发现1 氯萘和2 氯萘并不支 持微生物生长，并推测这可能和氯一2 羟基6 氧合六二烯酸的低代谢有关，或与这 种物质及其代谢产物具有毒性有关【2 引。总体而言，5 ，6 或7 ，8 位加双氧酶后间位 丌裂后生成相应的氯代水杨酸是萘降解菌代谢一氯萘的主要途径。 cl c 5 1 1 0 h c 0 z h 、 、 i v c f 、群7 7 - z v ：7 i i i 图1 2 2 氯萘的降解途径 i2 氯萘i i4 氯水杨酸l l i5 氯水杨酸i v4 氯儿茶酚v5 氯2 羟基- 6 氧合六二烯酸4 氯2 羟基6 氧合六_ 二烯酸 近年来t m o r i 和s k i t a n 研究了一株白腐真菌对1 氯萘和2 氯萘的生物降解， 实验结果显示在1 一氯萘、2 氯萘初始浓度1 0 0l - tm ，3 0 c 条件下，2 4 h 内2 一氯萘 毗k 妯 一v 0 i ， u 广 c 一 一 洲 h 、 ， o 、 一 j 弋 o 眦 旷 一 。、 ，ll、 ul 硕十学位论文 降解了8 0 ，而在同时投加1 氯萘( 7 5 ) ，2 氯萘( 1 5 ) 的降解实验中，2 4 h 内1 氯萘，2 一氯萘降解率分别高达7 4 和9 4 。2 氯萘被代谢生成了3 氯- 2 一萘 酚，6 一氯1 萘酚和两种其他的氯萘酚和二醇类物质，可能的降解途径如图1 3 ， 当加入细胞色素p - 4 5 0 单氧化酶抑制剂时，生物降解明显受到抑制，这个结果说 明这株真菌可能是通过细胞色素p - 4 5 0 单氧化酶来氧化受试物的2 7 1 。 0 h o h 图1 3 一株白腐真菌降解2 氯萘的可能降解途径 1 9 8 7 年d o nr d u r h a m 和d a v i db s t e w a r t 首次发表了迄今为止唯一一篇关于 1 ，4 二氯萘的微生物降解实验的文章，该实验研究了一株恶臭假单胞菌产生的质 粒编码酶和调控蛋白对萘通过水杨酸和q 酮酸途径降解的降解，并研究了这株菌 的水杨酸加氢酶( n a h g ) 的基因缺陷型菌株对1 ，4 二氯萘的降解，结果发现菌 悬液中累积了3 ，6 二氯代水杨酸，并且经过进一步的化学处理，可产生了除草 剂麦草畏( 3 ，6 二氯2 甲氧基苯甲酸) ，并推导出可能的降解产物及降解途径， 如图1 4 ，其中1 ，2 二氢1 ，2 二羟基1 4 一二氯萘在酸性条件下水解可能产生l - 萘酚和2 萘酚。但是，l ，4 二氯萘生成二氯代水杨酸的产率不到无取代基的萘生 成水杨酸的产率的1 纠2 引。 1 9 8 5 年k i n c a n n o n 和l i n 发现土壤微生物在污泥中对2 氯萘好氧降解的半衰 期为3 8 天，在废油污泥中的半衰期为5 8 天，在木材防腐污泥中的半衰期为7 0 - 1 0 4 天。也有研究显示易于好氧微生物降解的工业p c n s h a l o w a x e l 0 4 0 好氧微生 物降解2 8 天后p c n s 同系物没有变化【2 。 ( 2 ) p c n s 在生物体内的代谢 此外，p c n s 在生物体内的代谢研究显示低氯代的同系物较易被排泄或代谢。 4 天内老鼠可排泄出7 0 一9 0 的一氯萘和二氯萘，主要为葡萄糖醛酸和硫基尿酸 的结合体，也有少量硫酸萘盐和酚结合物，四氯萘在四天内代谢了4 5 ，但未检 测到五、六、七、八氯萘的代谢【2 9 1 。猪体内1 氯萘和2 氯萘通过形成芳烃氧化代 9 1 , 4 二氯萘，2 ，6 二氯萘微牛物降解实验研究 谢，形成的氯萘氧化物分解成氯酚。老鼠体内的3 , 6 二氯萘与3 ，7 二氯萘发生了 脱氯和羟基化反应，而1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 六氯萘未被代谢2 9 1 。总体而言，氯代 程度较低的一四氯萘在实验室动物体内主要生成氢氧根代谢产物，在老鼠体内 可能产生甲硫基或二甲亚砜基氯萘【2 1 。 c 1 c lc 1 h h c 1 c l c lc l 图1 4 恶臭假单胞菌基因缺陷型降解l ，4 二氯萘的途径 1 4 课题的提出与研究内容 h 随着人们对p c n s 毒性的了解以及在环境中普遍的检出，p c n s 对环境的污染受 到了越来越多的重视，虽然1 9 9 8 年由于缺乏足够的信息p c n s 未能入选联合国欧洲 会议经济委员会关于持久性有机污染物长距离传输空气污染物协议( u n e c e l r t a pp o p s p r o t o c 0 1 ) ，2 0 0 4 年9 月，p c n s 已被列入持久性有机污染物长距离传输 空气污染物协议候选物名单( u n e c el r t a p ) 【4 】、持久性有机物( p o p s ) 候选物 名单；三至八氯萘己入选北大西洋和东大话洋海洋环境保护委员会( o s p a r ) 优先 控制污染物名单”1 1 ，部分同系物如2 氯萘已被美国等国家列为了优先控制污染物 3 3 1 o 尽管p c n s 对环境的污染和对人类健康潜在的威胁已经引起了人们的重视， 但目前关于水体、土壤、底泥中p c n s 降解的研究很少。国外有几项关于一氯萘 和八氯萘的光降解、紫外超声波分解和微生物降解的研究，报道了几种氯萘同系 物的降解效率及降解途径，但提供的信息十分有限。因此p c n s 的降解需要得到 更多的关注和更深入和广泛的研究，为p c n s 的环境修复提供扎实的理论基础。 光降解对于降解高浓度的污染物是有效的去除方法，但是对于处理环境中微 量的有机物污染，并不实用，而且光降解p c n s 的主要途径为脱氯，在不完全脱 氯的情况下，有时可能生成似吲哚毒性更大的p c n s 同系物，从而对环境造成二次 污染，因而从环境修复的角度看，光降解的优势不大。紫外超声波降解p c n s 的 主要途径也是脱氯，因此并没有使p c n s 完全矿化，而且研究表明挥发性的物质 l o 硕十学位论文 采用超声波降解比较有优势，由于较高氯代的同系物挥发性较小，因此对于p c n s 这样一大类物质并不合适。微生物降解是生物修复的一种方法，主要用于处理环 境中微量有机污染物，如果合适的降解微生物在土壤中不存在或者污染物的毒性 导致微生物群体的减少，那么特定微生物可作为“接种微生物加强已存在群体， 应用微生物降解的特性进行污染环境的生物修复，有机污染物质的完全无机化是 可能的，二次污染较少，与物理和化学修复相比，生物修复还具有非破坏性、经 济性和安全性的优点。因此开展关于p c n s 特效降解菌的研究是十分必要的，可 为将来p c n s 的环境修复工作提供接种菌源和理论研究基础。而目前关于p c n s 微生物降解的研究较少，仅国外有三篇关于l 一氯萘，2 一氯萘和一篇关于1 ，4 一二 氯萘的微生物降解实验的报导，无论从深度上还是广度上p c n s 微生物降解的研 究都是不够的。 本实验选取二氯萘中的两种同分异构体1 ，4 二氯萘和2 , 6 二氯萘作为研究对 象，二氯萘是工业生产p c n s 混合物h a l o w a x e l 0 0 0 ( 主要用做汽车燃油添加物， 汽缸润滑剂，聚合物溶剂，惰性液体) 中的主要成分，也有研究报导垃圾焚烧厂 的燃烧产物中有二氯萘，在城市固体废物焚烧( m s w i ) 的燃烧气体样品也检测 到了二氯萘所有同系物。此外，一些研究数据表明在小规模m s w i 的释放出的气 体中，似乎一、二、三氯萘是最主要的同系物，占总量的6 3 8l 。此外，19 9 6 年s c h n e i d e r 等报导燃烧过程中七、八氯萘的分解也可能形成了较低氯代的同系 物或毒性更大的成分。高氯萘的光降解也可生成较低氯萘。并且相对高氯萘同 系物，氯代程度较低的同系物的挥发性和溶解度较大，因此在附近无点源污染的背 景环境中，通过大气传播的低分子量同系物如二氯萘占优势，在环境中很多地方如 地下水、空气、底泥中均发现了二氯萘的存在，如德国e l b e 河的底泥、西班牙靠 近巴塞罗那l l o b e r g a t 河中饮用水含水层中f l l 。因此，环境中存在并不断产生着较 大量的二氯萘。 本实验所选取的两种二氯萘受试物为l ，4 二氯萘和2 , 6 二氯萘，物理化学参 数见表1 1 。1 ，4 二氯萘的两个氯原子